气缸套技术发展动向及失效模式

河南省中原内配股份有限公司HenanZhongyuanEngineFittingsStockCo.,Ltd.气缸套技术发展动气缸套技术发展动向及失效模式向及失效模式CONTENTS目录第一部分气缸套材料技术第三部分气缸套内孔珩磨加工技术创新每一天创新每一天INNOVATIONEVERYDAYINNOVATIONEVERYDAY超越每一年超越每一年BEYONDEVERYYEARBEYONDEVERYYEARFormoreinformation,pleasevisitourwebsite::气缸套材质种类钒钛合金铸铁铜铬合金铸铁钼镍铜合金铸铁磷合金铸铁钢质蠕墨铸铁等温淬火贝氏体硼合金铸铁材质种类◇气缸套材料呈现8大系列●硼合金铸铁--硼合金铸铁--硼铜合金铸铁--高鹏铜合金铸铁●磷合金铸铁--中磷合金铸铁--中磷铬钼合金铸铁--高磷合金铸铁--高磷铬钼合金铸铁●钼镍铜合金铸铁●钼镍铜合金铸铁●铜铬合金铸铁●贝氏体合金铸铁--铸态贝氏体合金铸铁--等温淬火贝氏体合金铸铁●钢质--渗氮钢+气体渗氮--中碳钢+高频淬火/镀铬●蠕墨铸铁intensioncost气缸套材质◇发动机对气缸套材料选择主要考虑材料强度、硬度、耐磨性、抗蚀性和经济性五个方面来考虑。EuroⅡ/Ⅲ/Ⅳ三个排放阶段发动机对上述8类材质均有采用。◇根据地域不同也呈现出不同的选用趋势：σb＞300MPaσb＞HB240σb＞250MPa亚洲美国欧洲区域σb＞200MPa磷合金铸铁σb＞200MPa硼及其他合金铸铁σb＞250MPaσb＞250MPa钼镍合金铸铁EuroⅣEuroⅢEuroⅡ排放级别材料钢质材料◇氮化钢：●渗氮处理，处理后表面硬度达到900HV以上，耐磨性，多用于有特别要求的发动机。◇中碳钢：●表面高频淬火处理，硬度大于HRC50，多用于大缸径壁厚小于6.5mm气缸套。●表面松孔镀铬或涂覆处理，多用于大缸径壁厚小于6.5mm湿式气缸套或干式气缸套。蠕墨铸铁材料优点：抗拉强度400MPa以上，硬度大于230HB，硬度高、强度高，耐磨性能由于一般灰铸铁。缺点：工艺要求较为严格，生产时很容易出现蠕化不良或蠕化过度。石墨100X基体400XFormoreinformation,pleasevisitourwebsite:技术等离子强化技术高频淬火技术激光淬火技术表面氮化技术多元合金共渗技术(QPQ)●极高的耐磨性气缸套表面QPQ处理后，共渗层显微硬度HV0.1＞500。●极好的抗蚀性气缸套表面QPQ处理后，缸套内外表面显微硬度显著提高，表面形成致密的耐磨性、耐蚀性氮化物层。激光淬火及等离子强化技术工艺：采用激光淬火或等离子束对缸套内表面进行局部淬火强化，提高缸套的耐磨性能。表面硬度不低于650HV0.2。高频淬火技术●采用高频淬火感应器对缸套进行表面淬火，淬火深度在1mm左右，硬度大于HRC42，缸套耐磨性大幅提高。表面氮化技术●通过气体氮化处理，能显著地提高缸套的疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性。●成品外观呈现均匀的银灰色，氮化层厚5-10цm，硬度：Hmv700或更高。气缸套表面涂覆技术表面涂覆技术表面化学镀技术表面磷化技术表面电镀技术表面激光合金化表面激光合金化技术在高能量激光束的照射下，使基体材料表面一薄层与根据需要加入的合金元素同时快速熔化、混合，形成厚度为0.1-1.2mm的表面合金化层，合金化层因具有高于基材的某些性能，所以达到表面改性处理的目的。激光表面合金化工艺的最大特点，是仅在熔化区和很小的影响区内发生着成分、组织和性能的变化，对基体的热效应可减少到最低限度，引起的变形也极小。它既可满足表面的使用需要，同时又不牺牲结构的整体特性。Formoreinformation,pleasevisitourwebsite:～80年代普通珩磨20世纪70～80年代镜面珩磨20世纪70年代之前镜面珩磨20世纪70年代之前DIN4776-1990DIN4776-1990JB/T9768-1999JB/T9768-1999ZBJ92011-1989ZBJ92011-1989珩磨技术发展网纹评价标准的提升展油耗对比油耗发动机运转时间使用后的表面纹理传统珩磨表面纹理平台珩磨表面纹理使用后的表面纹理珩磨工艺珩磨前的内孔表面Rz=19,37µmRa=2,80µmRk=6,76µmRpk=5,27µmRvk=3,48µm粗珩后的内孔表面平顶珩的内孔表面精珩后的内孔表面Rz=14,65µmRa=1,64µmRk=4,75µmRpk=2,02µmRvk=3,48µmRz=7,06µmRa=0,85µmRk=2,63µmRpk=1,13µmRvk=1,15µmRz=2,84µmRa=0,32µmRk=0,33µmRpk=0,08µmRvk=1,03µmAbbott-fire.stone曲线RpkRkRvkMr1Mr2A2A1Abbott—Fire.stone曲线A1=(Mr1·Rpk)/2000A2=(100-Mr2)·Rvk/2000式中Mr1、Mr2不带百分号，Rpk、Rvk的单位是μmRpk*Rvk*●简约峰高（峰顶的降低）RPK●粗糙度核心轮廓深度（中心峰谷高度）RK●简约谷深（谷底的降低）Rvk●轮廓支撑长度率（金属材料率）Mr1●轮廓支撑长度率（金属材料率）Mr2●网纹交角α：平台网纹关键参数解析平台网纹关键参数解析决定砂条的粒度决定砂条的浓度其大小与拉网珩磨压力和平顶珩的珩磨压力以及平顶珩的设置时间有关与平顶珩的珩磨涨紧压力、平顶珩的设置时间有关Rk/Mr2Rz/Rvk市场采用的网纹标准韩国标准韩国标准GB/T9768GB/T9768德国标准德国标准法国标准法国标准日本标准日本标准美国标准美国标准滑珩标准滑珩标准激光珩磨激光珩磨激光珩磨光束的引导beamguidance激光加工出的油槽和表面储油量•准确定义的储油槽和表面润滑油量•优化的润滑质量•保障摩擦特性结果：•减少润滑油消耗•减少摩擦损失(磨损，马力，燃料消耗)激光光束气化物热扩散区熔化层熔化的细微颗粒滑动螺伞珩磨◇滑动螺伞珩磨网纹的特点●在原有平台珩磨网纹加工的基础上，进一步优化平顶珩磨工步的加工质量和工艺，细化网纹顶部的储油和承载能力。●与其他标准相比，沟槽浅而密，储油油膜薄而均匀。●磨合期短，理论油耗低，适合EuroⅣ以上机型。网纹的选用原则■既要考虑排放的要求，又要考虑实际工况的影响。■对于农用机械或重负荷机械，应增加缸套内孔表面的储油量，防止拉缸的产生。■对于工况较好的机械，可适当减少缸套内孔表面的储油量，获得最佳的燃油经济性。网纹的选用原则DIN4776/日标/滑珩DIN4776GB/T9768采用标准Euro4Euro3Euro2排放级别网纹的选用原则Euro5Euro4Euro3EuroⅠ-ⅡEuroⅢ-ⅤAbbott-fire.stone曲线走势对比◇不同排放级别使用网纹标准主要区别●排放标准越高，Rpk值越低，磨合期越短。●排放标准越高，Rk、Rvk值越低，油膜越薄，越均匀，理论油耗越低。Formoreinformation,pleasevisitourwebsite:早磨◇气缸套主要的失效模式气缸套失效模式及分析-穴蚀◇形成机理：柴油机工作时，水套内的冷却水在活塞侧压力的作用下高频振动，冷却水中的气体或空气均以气泡的形式被分离出来；当压力升高并达到一定值时，这些气泡发生崩溃（爆破）而产生强大的压力波，猛烈冲击和剥蚀缸套。这一过程反复进行，使缸套产生疲劳剥落，从而开成蜂窝状的小孔，小孔扩大、加深，直至破坏和穿透。◇发生部位：气缸套外圆表面上，一般集中在柴油机左右侧方向，特别是承受侧推力最大一侧的偏上方；冷却水进口、水流转向处和水腔狭窄处对应的缸壁；缸套下部密封圈附近缸壁。穴蚀小孔呈蜂窝状或呈分散状。气缸套失效模式及分析-穴蚀◇预防措施：●减少气缸套振动1、减少活塞与气缸间的间隙。2、采用长的活塞裙部导向均布侧压，减少冲击和气缸套的弯曲变形。3、提高缸套的刚度。4、选择适当的缸套与气缸体间的配合结构与间隙。●改善冷却水在水道中的流动1、改善冷却水的循环方式，减少空气泡的产生。2、改进冷却水进口在水平方向的宽度不要大于水套空间的径向宽度。3、冷却水套不宜太狭，更不宜有局部的收缩。●提高气缸套的抗穴蚀能力1、改善石墨粗大，细化珠光体晶粒，减少铁素体含量（一般Cr、Mo、Mn等元素有促进珠光体的形成并妨碍石墨化的作用），提高耐穴蚀性能。2、对气缸套水道表面做镀铬、氮化、热喷涂等处理也能有效防穴蚀。气缸套失效模式及分析-早磨◇形成原因：①磨合不到位提前投入使用。②长期超负荷运行或怠速运行，润滑不好。③提前供油或轰油门，燃油与空气比例失调，燃烧不完全，产生积碳。④频繁起动，供油不足，产生干或半干摩擦，加速缸套磨损。⑤使用EGR时，气缸里产生酸性物质，腐蚀磨损缸孔。⑥空气滤清器问题或机油老化，导致磨粒磨损或润滑作用降低。⑦连杆弯曲、扭曲、各配合零件松旷或过紧产生机械磨损。⑧气缸套材质问题。◇发生部位：活塞环上止点位置气缸套失效模式及分析-早磨◇预防措施：1、新装或新修发动机必须经过严格的磨合试运转。2、定期检查保养三滤。3、定期更换机油，清洗油底壳及润滑油路。4、严禁先起动后加水，否则易使气缸骤冷而裂损。5、经常保持发动机正常工作温度，不易过高，防止机油变。6、起动发动机时必须进行预润滑，防治干磨擦和半干磨擦。7、起动发动机后预热一段时间，机温达40℃起步，60℃正式投入作业。8、禁止发动机长期急速运转，或频繁启动，以防止燃油与空气混合不均匀，燃烧不完全，产生积炭，加剧了气缸磨损。9、严禁轰油门，否则不仅会引起连杆、曲轴变形，甚至曲轴折断，而且会燃烧不完全。10、严禁带病作业。。11、选择合理的符合发动机工况的气缸套与活塞配副。气缸套失效模式及分析-断裂◇形成原因：●气缸套材质强度达不到或材料脆性大。●气缸套和机体加工误差方面的原因：①气缸套支承肩下端面退刀槽底处过渡圆弧R加工的过小或没有，应力集中。②缸套装配后凸出高超差。③气缸套“支承肩”下端面倒角与发动机支承肩沉孔处R圆弧干涉。④气缸套“退刀槽”过浅，或“退刀槽”底的R圆弧过大与发动机配合部位干涉。⑤气缸套“支承肩”下端面与缸体沉孔台阶面不平行。气缸套失效模式及分析-断裂◇形成原因：●使用不当：①气缸衬垫缸孔径小，压住了气缸套挡焰凸环上端面。②选用的气缸垫厚度不符合原厂要求，不能保证缸垫高出缸套挡焰凸环上端面。③当用户使用的燃油质量相当差，含杂质较多时，内燃机在工作时产生大量的积碳，积碳填满了活塞环槽和环开口处，在这种情况下，内燃机工作时，突然加大功率，活塞环急剧受热而膨胀涨死，而拉断缸套。◇发生部位：缸套上端气缸套失效模式及分析-断裂◇预防措施：1、在气缸套的材质方面，确保缸套材料性能选择符合发动机工况，通过严格制造过程降低材料脆性。2、提高加工精度，气缸套的支承肩上、下端面、及上、下腰带外圆实现一次装夹一次加工。3、加工气缸套支承肩处退刀槽所用刀具刃磨后的圆弧R，要加强检验，在使用中要强制换刀，严格按工艺操作，保证退刀槽底圆弧R和支承肩下端面外圆处倒角的尺寸。4、建议主机厂在气缸套形状、尺寸的设计上应该慎重、合理，保证退刀槽底部圆弧R和支承肩下端面外圆处